振動監(jiān)測轉子不平衡的一些主要特征
轉子不平衡在頻譜上是典型的基頻振動,如果是單純的不平衡原因,其它頻率分量很小,幾乎可以忽略不計,如果伴有較突出的其它倍頻成分,主要原因是由于松動造成的非線性振動,要分清主因次因。如果松動情況不是十分嚴重可以提***平衡精度進行處理,但需要一定的平衡經(jīng)驗,反之,必須先處理松動問題。如果還出現(xiàn)與轉頻無關的頻率就要深入進行分析了,大多數(shù)與軸承或氣流擾動有關。如果是純粹的不平衡故障,時域波形將是標準的正玄波,振幅非常穩(wěn)定。
我們還可以通過對位移峰峰值和速度有效值的換算進行甄別,如果是單純的不平衡或有小的倍頻時,換算出來兩者正好是相等的,如果相差太大,說明主要原因不是轉子平衡問題,那就需要進一步進行頻譜分析了(前期文章有該計算方法)。
轉子不平衡引起的振幅會隨轉速的升***而增大,但不是絕對的,這里牽扯一個轉子動力學問題,如果是剛性轉子,結論是正確的,如果是柔性轉子,隨著轉速的升***,過了臨界轉速以后振動會越來越小,存在一個轉子自調(diào)中心現(xiàn)象??赡苡行﹦倓倕⒓舆@些工作的,對剛性轉子和柔性轉子不太明白,前面我們提到過,任何物體都有自己的固有頻率,我們設備的轉子也一樣,當設備的轉速頻率和轉子的固有頻率重合時,會產(chǎn)生共振,這就是轉子的臨界轉速,這樣說比較直觀,事實上存在一定的差值,因為設備安裝好后,轉子的固有頻率實際是整個支撐系統(tǒng)的自振頻率,剛性轉子是指,額定轉速在臨界轉速以下運行的轉子,正確的說應該是在75%臨界轉速以下運行的轉子,因為轉速***于這個值時轉子的重點和***點已經(jīng)發(fā)生改變,不再重合,轉子已經(jīng)受到變形的影響,同樣額定轉速***于臨界轉速運行的轉子叫柔性轉子。柔性轉子平衡非常復雜,即有一階不平衡,也有二階不平衡三階不平衡,不同的平衡形式平衡方法也不同。
對于剛性轉子不平衡產(chǎn)生的離心力,與轉速的平方成正比。由于配合間隙等原因,可能計算值略有偏差,但主因為轉子不平衡時,振動的變化基本符合這一規(guī)律,因此振幅隨轉速的升***而增大,轉速越***振動越大。
振動與時間的關系,是說振動的時間歷程是怎樣的,是經(jīng)過一段時間慢慢增長,還是突然振動,再跟據(jù)流體的性質,分析是否是積灰結垢、還是磨損、還是葉輪受損。
當發(fā)生轉子不平衡故障的時候相位有幾種變化情況,突然性的不平衡,相位也會突變;漸變性的不平衡,相位有小幅度變化,基本是穩(wěn)定的;熱不平衡,相位有較大變化然后基本穩(wěn)定。還有就是,同一軸承座的垂直與水平的相位相差90°左右,因為軸承座的剛性不同,一般情況下不會正好是90°,在這里說一下我們用加速度傳感器測量的軸心軌跡,不是真實的軸心軌跡,而是軸承座的振動形成的圖形,要得到真實的軸心軌跡必須用渦流傳感器。如果是雙支撐設備,那么兩邊軸承同方向的相位是相同的,如果是懸臂支撐的設備,兩軸承同一方向相位是相反的。但這是對剛性轉子而言,如果是柔性轉子不完全是這樣,如果是一階不平衡與剛性轉子特點相同,如果是二階不平衡,正好相反。
振動與負荷的關系,轉子不平衡其實只與偏心距離心力有關,與負荷無關,如果振幅與負荷有關,說明存在其它故障。
振幅***大的位置通常表現(xiàn)在承受負荷***大的軸承上,而這個軸承座剛度***薄弱的位置振幅***大,所以對于剛性支撐的雙支撐設備,振動表現(xiàn)在水平方向,剛性支撐的懸臂支撐設備,振動表現(xiàn)在水平和軸向方向;而對于彈性支撐的設備通常垂直方向***為明顯。
對于只會產(chǎn)生靜不平衡的設備,如單級葉輪的泵或風機,如果***大振動位置及方向與上述不符,應考慮存在其它故障。而容易產(chǎn)生動不平衡的長轉子,如電機轉子、多級水泵轉子等,振動***大位置取決與失衡部位,因此振動位置與上述有可能不同,但振動方向性一致。
我們通過介紹的這些特征基本就可以確定是否是轉子不平衡故障,大多數(shù)時候,只用簡易的振動表就能準確分析出來,有很多公司、企業(yè)知道我做平衡經(jīng)驗比較多,經(jīng)常去給他們?nèi)プ霈F(xiàn)場動平衡,但是我去之前我得基本確定是不平衡原因才可以,我基本也是根據(jù)這些特征進行判斷的,而且都比較準確,但是現(xiàn)場情況復雜多樣,有時后不去現(xiàn)場還真實確定不了,有一次某電廠,電話約去給他們做平衡,問了一些情況,基本確定是不平衡,當我問過他們設備的轉速,以及用簡易振動表測量的位移和速度值后,經(jīng)過計算發(fā)覺主要原因不是轉子不平衡,我就跟他們說,不一定是轉子平衡原因,如果需要我們分析,我們再去,去了以后結果就是轉子不平衡,經(jīng)過現(xiàn)場動平衡后恢復正常。當時之所以計算數(shù)據(jù)相差那么大,因這臺設備是帶耦合器的,不是電機的額定轉速,所以有個專門用來測量轉速的渦流傳感器,用來監(jiān)視設備轉速,而實際上它測的轉速與實際轉速相差了300轉。也就是說相差了5HZ,怎么算也不會準的,正好也在現(xiàn)場幫他們校正了一下轉速表。
現(xiàn)場平衡,針對不同的原因采取不同的應對措施就可以了,按理說積灰、結垢,這種類型只要清除干凈就可以達到轉子的平衡狀態(tài),但事實上在現(xiàn)場很難做到,往往是清理不干凈,有時平衡問題反而加劇,拆開機殼后積灰基本可以清除干凈,但是往往沒有多余時間讓你拆卸機殼。粘性物質的結垢是非常難清的,即使拆下來也不容易清除,所以基本處理方法都是現(xiàn)場動平衡,待到大修的時候再進行一次性清理,至于其它類型的不平衡,一般也都是現(xiàn)場動平衡處理。